Los objetivos de esta tesis son (i) comprender el comportamiento térmico, metalúrgico y mecánico durante la AM, (ii) arrojar luz sobre la generación de tensiones residuales y las deformaciones y grietas inducidas por la tensión, y (iii) proponer además varias estrategias efectivas para controlar tales defectos.Para mejorar la eficiencia y la confiabilidad de la investigación, se desarrolla y valida un marco de elementos finitos termomecánicos mejorado para AM mediante numerosos experimentos de medición de desplazamiento y temperatura in situ. Además, el modelo calibrado se emplea para realizar una gran cantidad de análisis térmicos y mecánicos en procesos AM. Para este propósito, se selecciona la aleación de titanio Ti6Al4V como material de impresión para esta investigación debido a su amplia aplicación en aeronáutica y astronáutica.En primer lugar, se explora el efecto de las complejas historias térmicas experimentadas en la evolución metalúrgica y la formación de bandas de capas en bloques de Ti6Al4V multicapa y multipaso fabricados mediante deposición de energía dirigida por láser (DED). Con base en el análisis de las historias térmicas pronosticadas y la observación de la microestructura experimental, se establece la relación cuantitativa procesamiento-térmico-microestructura-microdureza.A continuación, se analiza en detalle el comportamiento mecánico de los componentes AM en términos de tensiones residuales, deformaciones parciales y grietas. Aquí, se estudia la influencia de la estrategia de escaneo en el proceso de transferencia de calor y la evolución de las variables mecánicas inducidas térmicamente en AM basada en láser para reducir las tensiones residuales y las deformaciones de las piezas DED rectangulares. A continuación, se investiga experimental y numéricamente la deformación térmica de varias estructuras diferentes de paredes delgadas impresas por fusión de lecho de polvo láser (LPBF) para controlar las deformaciones inducidas por el estrés y aumentar la precisión geométrica de los componentes ligeros AM. Se dilucidan la generación de tensiones residuales y los factores clave para su desarrollo. Se propone una estrategia novedosa para optimizar el diseño de las estructuras del sustrato para mitigar las tensiones residuales inducidas por el proceso AM. Además, se lleva a cabo una evaluación sistemática de la eficacia de diferentes estrategias para controlar las tensiones residuales en AM. Por último, se explora el mecanismo de formación de grietas analizando el comportamiento mecánico de dos piezas en forma de T depositadas sobre diferentes sustratos sin y con ranuras. Se propone una estrategia innovadora para optimizar la geometría del sustrato reduciendo su rigidez mecánica para evitar grietas durante LPBF.Finalmente, se detalla una propuesta para lograr construcciones AM de Ti6Al4V de alta calidad con tensiones residuales más bajas y microestructuras homogéneas basada en una mejor comprensión de las interacciones proceso-estructura-propiedad, y la formación y control de tensiones residuales en los procesos AM.Esta tesis presenta una visión más profunda del comportamiento termo-metalúrgico-mecánico interactivo en la fabricación aditiva de metal y proporciona un marco integral para guiar a los diseñadores de fabricación aditiva para optimizar la configuración del proceso al fabricar componentes metálicos complejos.

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